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Pesquisadores relatam um novo sistema Raman lidar de fóton único que opera debaixo d’água e pode distinguir remotamente várias substâncias. Eles também mostram que o novo sistema pode detectar a espessura do óleo debaixo d’água até 12 m de distância, o que pode ser útil para detectar derramamentos de óleo.
“Diferenciar substâncias na água e detectar suas características de distribuição no oceano são de grande importância para o monitoramento marinho e a pesquisa científica”, disse o líder da equipe de pesquisa Mingjia Shangguan, da Universidade de Xiamen, na China. “Por exemplo, o sensoriamento remoto de óleo subaquático que demonstramos pode ser útil para monitorar vazamentos em oleodutos submarinos.”
Embora as abordagens lidar baseadas em sinais Raman tenham sido usadas anteriormente para detecção de substâncias subaquáticas, os sistemas existentes são impraticáveis porque são volumosos e requerem grandes quantidades de energia.
Na revista Optica Publishing Group Aplicado óptica, os pesquisadores descrevem seu novo sistema lidar, que usa apenas 1 μJ de energia de pulso e 22,4 mm de abertura do receptor. Todo o sistema lidar tem 40 cm de comprimento com um diâmetro de 20 cm e pode ser operado até 1 km debaixo d’água. Para aumentar a sensibilidade, os pesquisadores incorporaram a detecção de fóton único em seu sistema Raman lidar subaquático compacto.
“A montagem de um sistema lidar Raman subaquático em um veículo subaquático autônomo ou veículo operado remotamente pode permitir o monitoramento de vazamentos em oleodutos subaquáticos”, disse Shangguan. “Ele também poderia ser usado para explorar recursos oceânicos ou ser aplicado na detecção de tipos de sedimentos do fundo do mar, como recifes de coral”.
Sensibilidade de fóton único em ambientes subaquáticos lidar
Os sistemas lidar tradicionais projetados para operar acima da água em navios, aeronaves ou satélites podem obter perfis oceânicos em larga escala, mas sua profundidade de detecção é limitada, especialmente durante condições de mar agitado. Os sistemas lidar Raman, no entanto, podem ser usados para análise subaquática em diferentes profundidades sem serem afetados pelas condições do mar.
O Raman Lidar funciona emitindo um pulso de luz laser verde na água que interage com substâncias como o óleo. Isso excita sinais Raman inelásticos que podem ser usados para identificar substâncias. Ao medir a intensidade dos sinais Raman em comprimentos de onda específicos, o lidar pode fornecer informações sobre o teor de óleo na água.
“Os sistemas lidar Raman tradicionais dependem do aumento da potência do laser e da abertura do telescópio para obter detecção de sensoriamento remoto, o que leva a um tamanho de sistema grande e alto consumo de energia que dificulta a integração de sistemas lidar em veículos subaquáticos”, disse Shangguan. “O uso da tecnologia de detecção de fóton único tornou este trabalho possível, melhorando a sensibilidade de detecção ao nível de fótons únicos.”
Os pesquisadores demonstraram seu novo sistema lidar usando-o para detectar diferentes espessuras de gasolina em uma célula de quartzo que estava a 12 m de distância do sistema. Tanto o sistema lidar quanto a célula de quartzo foram submersos a uma profundidade de 0,6 m em uma grande piscina. O sistema lidar foi capaz de detectar e distinguir todas as espessuras de gasolina, que variaram de 1 mm a 15 mm.
Os pesquisadores agora estão trabalhando para aumentar o número de canais de detecção e a resolução espectral Raman do sistema lidar de fóton único para aumentar sua capacidade de distinguir diferentes substâncias na água. Isso permitiria que ele fosse usado para analisar tipos de bolhas subaquáticas e detectar corais e nódulos de manganês.
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